專利名稱：具有凸輪軸系統(tǒng)的柴油機(jī)類型的直列式發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了具有凸輪軸系統(tǒng)和曲軸的柴油機(jī)類型的直列式發(fā)動機(jī)，曲軸至少分為兩段，各段用螺接的法蘭連接件相互頭對頭地固定，直列式發(fā)動機(jī)至少具有8個氣缸，氣缸孔徑至少60cm。
這種直列式發(fā)動機(jī)具有高的輸出功率，并且是大型的發(fā)動機(jī)，其曲軸的尺寸已不能把整個軸作為一段提升就位到主軸承中。例如，單個軸段的重量可超過100噸。因此至少把曲軸制造成兩個分離的段，分別提升就位并采用法蘭連接件頭對頭地裝配成固定連接。
從通常用于汽車的極小發(fā)動機(jī)已經(jīng)知道把曲軸分成兩段，它們可在發(fā)動機(jī)運行時連接或脫開，使有效的氣缸數(shù)適應(yīng)發(fā)動機(jī)上當(dāng)前的載荷。汽車發(fā)動機(jī)在許多不同載荷下工作，當(dāng)發(fā)動機(jī)不得不在低載荷下長期工作時把曲軸分開是適當(dāng)?shù)摹Ｔ诠ぷ髌陂g脫開和連接曲軸時，也需要分開凸輪軸。DE2828298AL描述了這種發(fā)動機(jī)，其中曲軸具有分開用的離合器，各凸輪軸段上設(shè)有信號裝置，指示出軸段何時處于可連接的正確角度位置。US專利號4,368,701描述了在曲軸段之間的另一種連接型式。
在發(fā)動機(jī)裝配之后，以上首先提到的直列式發(fā)動機(jī)曲軸是單個的整軸，在工作中沒有曲軸段可以脫開或連接。以上首先提到的直列式發(fā)動機(jī)是用于船只推進(jìn)或穩(wěn)定動力供應(yīng)的大型發(fā)動機(jī)車間的主要部分。與汽車發(fā)動機(jī)的變動載荷不同，以上首先提到的直列式發(fā)動機(jī)大多數(shù)工作時間在滿載荷或幾乎滿載荷下工作。
往往，發(fā)動機(jī)車間僅具有單個直列式發(fā)動機(jī)，因此它是一個必須具有高工作可靠性的關(guān)鍵部分。在船只推進(jìn)車間中，直列式發(fā)動機(jī)的長時間失效除了造成工作損失外還會引起沉船的危險。如果用于穩(wěn)定動力供應(yīng)，則車間通常提供一個單獨電源區(qū)，長時間的電源中斷是非常不希望的。
本發(fā)明的目的是提供一種直列式發(fā)動機(jī)，它可在高工作可靠性下產(chǎn)生極高的輸出功率。
根據(jù)這個目的，本發(fā)明直列式發(fā)動機(jī)的特征在于氣缸孔徑可達(dá)140cm，直列式發(fā)動機(jī)可具有多達(dá)30個氣缸，以及為了減小凸輪軸上的載荷，直列式發(fā)動機(jī)至少具有兩個凸輪軸，它們連續(xù)地位于直列式發(fā)動機(jī)的縱向，與相互不同的氣缸結(jié)合，并且具有曲軸驅(qū)動的相關(guān)凸輪軸驅(qū)動裝置。
當(dāng)氣缸部件變大時凸輪軸系統(tǒng)上的載荷增加，因而失效的風(fēng)險增加。打開排氣閥的力隨閥門直徑的平方而增加，并且正比于氣缸的壓力，當(dāng)燃料泵是凸輪軸驅(qū)動的活塞泵時，在給定期間噴射的燃料容量愈大，泵的驅(qū)動也需要更大的力。另外，在凸輪軸系統(tǒng)上的載荷隨凸輪軸的長度而增加。采用兩個或更多單獨驅(qū)動的凸輪軸來起動所需的氣缸部件(對于兩沖程發(fā)動機(jī)，氣缸部件通常至少是排氣閥和/或?qū)蝹€氣缸供應(yīng)燃料的閥門或泵，對于四沖程發(fā)動機(jī)，還包括吸氣閥)，大大縮短了每個凸輪軸的長度和顯著減少了軸上的凸輪數(shù)目。這兩個因素同時降低了凸輪軸和凸輪軸驅(qū)動裝置上的載荷，因而提高了單個凸輪軸和整個發(fā)動機(jī)的工作可靠性。
此外還可避免由于凸輪軸系統(tǒng)失效而造成的長時間工作停頓，因為如果停止使用相關(guān)軸的氣缸，可以臨時修復(fù)具有受損凸輪軸或凸輪軸驅(qū)動裝置的發(fā)動機(jī)。這是可以做到的，例如，把氣缸連桿與曲軸手動脫開，或者把活塞桿與滑塊脫開，并且把活塞固定在氣缸中，由此可依靠剩余氣缸在應(yīng)急工作狀態(tài)下起動直列式發(fā)動機(jī)，剩余氣缸由結(jié)合凸輪軸驅(qū)動裝置的其它凸輪軸來驅(qū)動。直列式發(fā)動機(jī)可依靠剩余氣缸在應(yīng)急狀態(tài)下繼續(xù)工作，直到已提供了任何備件和人員，以及工作狀態(tài)容許修復(fù)受損的凸輪軸為止。
在一個對發(fā)動機(jī)有利的實施例中，發(fā)動機(jī)的凸輪軸數(shù)目相應(yīng)于曲軸段的數(shù)目，直列式發(fā)動機(jī)至少具有一個第一凸輪軸和一個第二凸輪軸，第一凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置裝在凸輪軸端部和兩個曲軸段之間的法蘭連接件上，第二凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置裝在凸輪軸端部和曲軸端部上。把驅(qū)動裝置裝在凸輪軸端部使得可以從曲軸端部驅(qū)動第二凸輪軸，從而避免了發(fā)動機(jī)總長度的增加，如果從曲軸段之間的法蘭連接件驅(qū)動這個軸，則法蘭連接件需要增加相鄰氣缸之間的氣缸距離，會造成發(fā)動機(jī)總長度的增加。
在另一個供替代的實施例中，直列式發(fā)動機(jī)至少具有一個第一凸輪軸和一個第二凸輪軸，第一凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置裝在離凸輪軸端部一定距離上和在兩個曲軸段之間的第一法蘭連接件上，第二凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置裝在離凸輪軸端部一定距離上和在兩個曲軸段之間的第二法蘭連接件上。凸輪軸驅(qū)動裝置的位置離凸輪軸端部一定距離的好處是從驅(qū)動裝置到軸上最遠(yuǎn)的凸輪距離有利地變小，這減少了由于軸扭轉(zhuǎn)引起的驅(qū)動裝置和凸輪之間的轉(zhuǎn)動角度大小。因此該實施例提供了功能更精確的凸輪軸系統(tǒng)。在曲軸至少具有與凸輪軸相同數(shù)目的法蘭連接件的發(fā)動機(jī)中，可實施該實施例而不增加發(fā)動機(jī)的總長度。
上述實施例使得可以設(shè)計出每個氣缸至少有7000kW輸出功率的凸輪軸驅(qū)動的直列式發(fā)動機(jī)，這特別有利于需要大推進(jìn)輸出功率的極大型集裝箱船只(從7,000到14,000TEU)。由于其重要的貨物，本發(fā)明達(dá)到的工作可靠性對這些船只特別有利。在一個實施例中，直列式發(fā)動機(jī)具有至少為90MW的總輸出功率。在另一個實施例中，直列式發(fā)動機(jī)至少具有28m長度，至少一個凸輪軸的長度不大于直列式發(fā)動機(jī)總長的48％，這容許制造極高輸出功率的直列式發(fā)動機(jī)，同時凸輪軸系統(tǒng)具有極高程度的工作可靠性。
現(xiàn)在參照高度示意的附圖在下面來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明直列式發(fā)動機(jī)的側(cè)視圖，以及圖2和3說明了本發(fā)明直列式發(fā)動機(jī)中另外兩個凸輪軸系統(tǒng)的實施例。
圖1所說明的直列式發(fā)動機(jī)具有15個氣缸2組成的單排氣缸組，沿發(fā)動機(jī)縱向連續(xù)設(shè)置。每個氣缸裝在發(fā)動機(jī)殼體3中，殼體通常由幾個部件構(gòu)成，如一個具有曲軸4主軸承的底板，一個發(fā)動機(jī)A形框架和一個氣缸座，用帶蓋螺栓把氣缸夾緊到氣缸座上，并采用拉桿螺栓把氣缸座、A形框架和底板裝配在一起。單個氣缸具有范圍從60到140cm，最好是從90到120cm的孔徑，發(fā)動機(jī)具有的氣缸數(shù)目范圍從8到30個，最好是從10到20個氣缸。在具有15個氣缸的圖1例子中，氣缸孔徑為108cm，發(fā)動機(jī)具有110,400kW的總輸出功率。
發(fā)動機(jī)通常是兩沖程十字頭式發(fā)動機(jī)，其中最通用的是，活塞裝在活塞桿上，活塞桿通過十字頭與連桿連接，連桿的下端裝在曲軸曲柄(圖中未示)中的曲柄銷上。發(fā)動機(jī)也可以是四沖程的發(fā)動機(jī)類型，此時活塞直接連接到連桿上。圖1中的垂直虛線表示了與每個氣缸結(jié)合的活塞，具有與曲軸連接的相關(guān)連接件。
曲軸由分成幾段制造，每段包含了幾個，至少為三個曲柄。當(dāng)發(fā)動機(jī)制造時，可單獨把各段提升到底板上，并定位在主軸承的下軸承上，由此用螺栓把各段上的配合法蘭夾緊在一起形成法蘭連接件5,把各段裝配成一個整軸。在一個簡單設(shè)計中，法蘭是由每個段上突起的凸緣組成，最通常的是，一個法蘭具有螺紋孔，而另一個法蘭具有配合的螺栓孔，或者兩個法蘭均具有配合的螺栓孔，此時采用帶螺母的貫穿螺栓。為了沿周向精確引導(dǎo)法蘭，在法蘭上可分別設(shè)有引導(dǎo)銷和引導(dǎo)孔?；蛘呤?，一個法蘭形成在曲軸的側(cè)面，把另一個曲軸段上一個沿徑向突出的常規(guī)法蘭夾緊在其上面。另外，可以把法蘭設(shè)計成相互配合的兩個零件，一個沿徑向疊放在另一個上。
圖1左側(cè)所示的曲軸段4a與設(shè)置在法蘭連接件5左邊的8個氣缸2相結(jié)合，圖1右側(cè)所示的曲軸段4b與設(shè)置在法蘭連接件右邊的其余7個氣缸2相結(jié)合。在曲軸4右端上設(shè)有一個推力軸承6，并通過中間軸7與圖中未示的螺旋槳軸連接。在曲軸左端上設(shè)有飛輪8。
發(fā)動機(jī)具有相互分開、但連續(xù)放置的第一和第二凸輪軸9,10。依靠固定在凸輪軸上的許多凸輪盤，例如每個氣缸有兩個凸輪盤，按常規(guī)和已知的方式，其中一個凸輪盤起動燃料泵和另一個凸輪盤起動排氣閥11，使得每個凸輪軸用于相互不同的氣缸。
依靠每個凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置12，由曲軸來驅(qū)動凸輪軸9，10。凸輪軸驅(qū)動裝置可作成鏈條驅(qū)動裝置形式，由鏈輪驅(qū)動一條或幾條鏈條，對于第一凸輪軸9，鏈輪可由裝在法蘭連接件5上的帶齒環(huán)構(gòu)成，對于第二凸輪軸10，可由曲軸端部推力軸承6的推力環(huán)圓周表面上的帶齒環(huán)構(gòu)成。鏈條拉動驅(qū)動輪13，驅(qū)動輪裝在圖1中相應(yīng)凸輪軸的右端。凸輪軸驅(qū)動裝置也可以是其它的設(shè)計，例如是一個鏈輪連接裝置，在曲軸上的鏈輪驅(qū)動一個或幾個中間輪，它們再驅(qū)動在凸輪軸上的驅(qū)動輪13。不管凸輪軸驅(qū)動裝置的類型如何，在曲軸上鏈輪和凸輪軸上驅(qū)動輪之間的連接裝置均用12表示。
為了簡單起見，在以下其它實施例的描述中，上述相同的編號將用于相同類型的部件。
圖2表示了一個實施例，其中曲軸由三段4a,4b和4c裝配而成，從而第一和第二法蘭連接件5均帶有用于驅(qū)動兩個凸輪軸9,10的鏈輪。在凸輪軸上，離軸端的一定距離上安裝了凸輪軸驅(qū)動裝置。
在圖3的實施例中，曲軸4相似地由三段構(gòu)成，第一和第二法蘭連接件用于相應(yīng)的凸輪軸驅(qū)動裝置，在曲軸右端還設(shè)有一個推力軸承6，上面也設(shè)有一個用于凸輪軸驅(qū)動裝置的鏈輪。圖3發(fā)動機(jī)具有三個凸輪軸9,10,14，它們相互分開但連續(xù)設(shè)置。
發(fā)動機(jī)可以具有與上述不同的其它氣缸數(shù)目。例如，可以有一個16氣缸的直列式發(fā)動機(jī)，它具有91,617kW的總輸出功率和98cm的氣缸孔徑，曲軸分別由12.1m,11.7m和9.8m長的三段構(gòu)成，分別與6,6,和4個氣缸結(jié)合，雖然凸輪軸的長度最好不太大，但一個或幾個軸的長度可以大于發(fā)動機(jī)總長度的一半。
權(quán)利要求
1．一種柴油機(jī)類型的直列式發(fā)動機(jī)，它具有一個凸輪軸系統(tǒng)和至少分成兩段的曲軸(4)，各段用螺接的法蘭連接件(5)相互頭對頭地固定，直列式發(fā)動機(jī)(1)至少具有8個氣缸(2)，氣缸孔徑至少為60cm，其特征在于氣缸孔徑可達(dá)140cm，直列式發(fā)動機(jī)(1)可具有多達(dá)30個氣缸(2)，以及為了減小凸輪軸上的載荷，直列式發(fā)動機(jī)至少具有兩個凸輪軸(9,10)，它們連續(xù)地位于直列式發(fā)動機(jī)的縱向，與相互不同的氣缸結(jié)合，并且具有曲軸(4)驅(qū)動的相關(guān)凸輪軸驅(qū)動裝置(12)。
2．按照權(quán)利要求1的一種直列式發(fā)動機(jī)，其特征在于直列式發(fā)動機(jī)至少具有一個第一凸輪軸(9)和一個第二凸輪軸(10)，第一凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置(12)裝在凸輪軸端部和兩個曲軸段之間的法蘭連接件(5)上，第二凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置(12)裝在凸輪軸端部和曲軸端部。
3．按照權(quán)利要求1的一種直列式發(fā)動機(jī)，其特征在于直列式發(fā)動機(jī)至少具有一個第一凸輪軸(9)和一個第二凸輪軸(10)，第一凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置(12)裝在離凸輪軸端部一定距離上和在兩個曲軸段之間的第一法蘭連接件(5)上，第二凸輪軸的凸輪軸驅(qū)動裝置(12)裝在離凸輪軸端部一定距離上和在兩個曲軸段之間的另一個法蘭連接件(5)上。
4．按照權(quán)利要求1的一種直列式發(fā)動機(jī)，其特征在于單個氣缸(2)具有至少7,000kW的輸出功率。
5．按照權(quán)利要求1到4中任一條的一種直列式發(fā)動機(jī)，其特征在于直列式發(fā)動機(jī)(1)的總輸出功率至少為90MW。
6．按照權(quán)利要求1到4中任一條的一種直列式發(fā)動機(jī)，其特征在于直列式發(fā)動機(jī)(1)具有至少為28m的長度，至少凸輪軸(9,10)之一具有的長度不大于直列式發(fā)動機(jī)總長度的48％。
全文摘要
一種柴油機(jī)類型的直列式發(fā)動機(jī)(1),它具有一個凸輪軸系統(tǒng)和至少分成兩段(4a,46)的曲軸(4),各段用螺接的法蘭連接件(5)相互頭對頭地固定。發(fā)動機(jī)至少具有兩個凸輪軸(9,10),它們連續(xù)地位于直列式發(fā)動機(jī)的縱向,與相互不同的氣缸(2)結(jié)合,每個凸輪軸具有曲軸驅(qū)動的相關(guān)凸輪軸驅(qū)動裝置(12)。
文檔編號F02B3/00GK1319717SQ01111760
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日
發(fā)明者斯蒂格·包恩高·雅各布森 申請人:曼B與W狄賽爾公司